专利名称：一种模拟大气层的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及虚拟三维地球领域，尤其涉及一种模拟大气层的方法和系统。
背景技术：
大气层又叫大气圈，地球就被这一层很厚的大气层包围着。大气层的成分主要有氮气，占78. 1% ;氧气占20. 9% ;氩气占0. 93% ;还有少量的二氧化碳、稀有气体(氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气)和水蒸气。大气层的空气密度随高度而减小，越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在1000千米以上，但没有明显的界限。大气层的模拟对虚拟三维地球系统很重要，现有较为常用的大气层模拟方法为使用瑞利散射模型和MIE散射模型。1871年，瑞利在经过反复研究，反复计算的基础上，提出 了著名的瑞利散射公式，当光线入射到不均匀的介质中，如乳状液、胶体溶液等，介质就因折射率不均匀而产生散射光。瑞利研究表明，即使均匀介质，由于介质中分子质点不停的热运动，破坏了分子间固定的位置关系，从而也产生一种分子散射，这就是瑞利散射。瑞利经过计算认为，分子散射光的强度与入射光的频率(或波长)有关，即四次幂的瑞利定律。正午时，太阳直射地球表面，太阳光在穿过大气层时，各种波长的光都要受到空气的散射，其中波长较长的波散射较小，大部分传播到地面上。而波长较短的蓝、绿光，受到空气散射较强，天空中的蓝色正是这些散射光的颜色，因此天空会呈现蓝色。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中存在以下缺点算法比较复杂，计算量大，对系统性能要求高，实时实现困难。
发明内容
本发明实施例提供了一种模拟大气层的方法和系统，实现了对大气层模拟时，算法简单、计算量小，对系统性能要求不高，并且可以实理的进行模拟，渲染效果好。本发明实施例提供了一种模拟大气层的方法，包括以下步骤获取大气层中的采集点的初始颜色；根据所述初始颜色的RGB值生成颜色因子；根据通过视点的第一切线获取所述第一切线与所述大气层形成的最远交点为第一交点，根据通过所述视点的第二切线获取所述第二切线与大气层的切点为第二交点，其中所述第一切线与地球相切，所述第二切线与大气层相切；根据所述视点、所述采集点、所述第一交点和所述第二交点生成颜色模拟因子；根据所述初始颜色、所述颜色因子和所述颜色模拟因子生成所述采集点的模拟颜色；将所述模拟颜色填充至所述采集点。所述根据所述初始颜色的RGB值生成颜色因子，具体包括获取所述初始颜色的所述RGB值的最大分量值和最小分量值；根据所述最大分量值和所述最小分量值计算颜色因子。
还包括，所述视点在所述大气层内时，所述视点作为第二交点。所述根据所述视点、所述采集点、所述第一交点和所述第二交点生成颜色模拟因子，具体包括根据连接所述视点与所述第一交点的线段、连接所述视点与所述第二交点的线段和连接所述视点与所述采集点的线段生成颜色影响因子；根据所述颜色影响因子计算颜色模拟因子。本发明实施例的技术方案带来的有益效果如下通过计算地理大气模型中大气层采集点的颜色模拟因子，生成模拟颜色，实现了高效率、实时模拟大气层颜色，并且具有较好的渲染效果。本发明实施例提供了一种模拟大气层的系统，包括
初始颜色获取单元，用于获取大气层中的采集点的初始颜色；颜色因子生成单元，用于根据所述初始颜色的RGB值生成颜色因子；交点获取单元，用于根据通过视点的第一切线获取所述第一切线与所述大气层形成的最远交点为第一交点，根据通过所述视点的第二切线获取所述第二切线与大气层的切点为第二交点，其中所述第一切线与地球相切，所述第二切线与大气层相切；颜色模拟因子生成单元，用于根据所述视点、所述采集点、所述第一交点和所述第二交点生成颜色模拟因子；模拟颜色生成单元，用于根据所述初始颜色、所述颜色因子和所述颜色模拟因子生成所述采集点的模拟颜色；颜色填充单元，用于将所述模拟颜色填充至所述采集点。所述颜色因子生成单元，具体包括分量值获取子单元，用于获取所述初始颜色的所述RGB值的最大分量值和最小分
量值；颜色因子计算子单元，用于根据所述最大分量值和所述最小分量值计算颜色因子。还包括，所述视点在所述大气层内时，所述视点作为第二交点。所述颜色模拟因子单元，具体包括颜色影响因子生成子单元，用于根据连接所述视点与所述第一交点的线段、连接所述视点与所述第二交点的线段和连接所述视点与所述采集点的线段生成颜色影响因子;颜色模拟因子计算子单元，用于根据所述颜色影响因子计算颜色模拟因子。本发明实施例的技术方案带来的有益效果如下通过计算地理大气模型中大气层采集点的颜色模拟因子，生成模拟颜色，实现了高效率、实时模拟大气层颜色，并且具有较好的渲染效果。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本发明实施例中一种模拟大气层的方法流程图；图2是本发明实施例中一种模拟大气层的方法具体流程图；图3是本发明实施例中一种模拟大气层的系统结构图；图4是本发明实施例中一种模拟大气层的系统具体结构图；图5是本发明实施例中一种模拟大气层的方法和系统的示意具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例一提供了一种模拟大气层的方法，如图I所示，包括以下步骤步骤S101，获取大气层中的采集点的初始颜色。步骤S102，根据所述初始颜色的RGB值生成颜色因子，具体包括获取所述初始颜色的所述RGB值的最大分量值和最小分量值；根据所述最大分量值和所述最小分量值计算颜色因子。步骤S103，根据通过视点的第一切线获取所述第一切线与所述大气层形成的最远交点为第一交点，根据通过所述视点的第二切线获取所述第二切线与大气层的切点为第二交点，其中所述第一切线与地球相切，所述第二切线与大气层相切。步骤S104，根据所述视点、所述采集点、所述第一交点和所述第二交点生成颜色模拟因子，具体包括根据连接所述视点与所述第一交点的线段、连接所述视点与所述第二交点的线段和连接所述视点与所述采集点的线段生成颜色影响因子；根据所述颜色影响因子计算颜色模拟因子。步骤S105，根据所述初始颜色、所述颜色因子和所述颜色模拟因子生成所述采集点的模拟颜色。步骤S106，将所述模拟颜色填充至所述采集点，并根据所述采集点的模拟颜色填充刷新所述大气层。还包括，所述视点在所述大气层内时，所述视点作为第二交点。本发明实施例的技术方案带来的有益效果如下通过计算地理大气模型中大气层采集点的颜色模拟因子，生成模拟颜色，实现了高效率、实时模拟大气层颜色，并且具有较好的渲染效果。本发明实施例二提供了一种模拟大气层的方法，如图2所示，包括以下步骤步骤S201，按预定规则建立地球大气层模型，如图5所示。步骤S202，获取大气层中采集点P的初始颜色，记为colorP。步骤S203,根据所述采集点P的初始颜色colorP生成颜色因子,具体如下。获取所述初始颜色的所述RGB值的最大分量值和最小分量值，即所述RGB值的R、G、B值，本实施例中最大分量值为colorP. b = 255，最小分量值为colorP. r = 72。根据所述最大分量值和最小分量值计算颜色因子m，如公式(I)
m = colorP. b/colorP. r(I)求得m = 3. 54。步骤S204，根据经过视点E与地球的切线，获取所述切线与所述大气层形成的最远交点A为第一交点，根据经过所述视点与大气层的切线获取切点B为第二交点。步骤S205，根据所述视点E、所述采集点P、所述第一交点A和所述第二交点B生成颜色模拟因子n，具体包括根据所述视点E与所述第一交点A的线段EA、所述视点E与所述第二交点B的线段EB和所述视点E与所述采集点P的线段EP生成颜色影响因子n ;根据所述颜色影响因子n计算颜色模拟因子k。具体如公式(2)和公式(3)n = (EB-EP) / (EB-EA)(2)k = n*n(3)
特别的，当所述视点E在大气层内时，第二次点B为视点本身，即线段EB = 0，此时颜色影响因子n = EP/EA。步骤S206，根据所述初始颜色colorP、所述颜色因子m和所述颜色模拟因子k生成所述采集点P的模拟颜色colorP (i)，如公式(4)colorP (i) = m*k*colorP(4)步骤S207，将所述模拟颜色colorP (i)填充至所述采集点P。步骤S208，对所述大气层所有点进行采集模拟颜色并刷新所述大气层，实现大气层的模拟。本发明实施例的技术方案带来的有益效果如下通过计算地理大气模型中大气层采集点的颜色模拟因子，生成模拟颜色，实现了高效率、实时模拟大气层颜色，并且具有较好的渲染效果。本发明实施例三提供了一种模拟大气层的系统，如图3所示，包括初始颜色获取单元301，用于获取大气层中的采集点的初始颜色；颜色因子生成单元302，用于根据所述初始颜色的RGB值生成颜色因子，具体用于获取所述初始颜色的所述RGB值的最大分量值和最小分量值；根据所述最大分量值和所述最小分量值计算颜色因子；交点获取单元303，用于根据通过视点的第一切线获取所述第一切线与所述大气层形成的最远交点为第一交点，根据通过所述视点的第二切线获取所述第二切线与大气层的切点为第二交点，其中所述第一切线与地球相切，所述第二切线与大气层相切；颜色模拟因子生成单元304，用于根据所述视点、所述采集点、所述第一交点和所述第二交点生成颜色模拟因子，具体包括用于根据连接所述视点与所述第一交点的线段、连接所述视点与所述第二交点的线段和连接所述视点与所述采集点的线段生成颜色影响因子；根据所述颜色影响因子计算颜色模拟因子；模拟颜色生成单元305，用于根据所述初始颜色、所述颜色因子和所述颜色模拟因子生成所述采集点的模拟颜色；颜色填充单元306，用于将所述模拟颜色填充至所述采集点。本发明实施例的技术方案带来的有益效果如下通过计算地理大气模型中大气层采集点的颜色模拟因子，生成模拟颜色，实现了高效率、实时模拟大气层颜色，并且具有较好的渲染效果。
本发明实施例四提供了一种模拟大气层的系统，如图4所示，包括初始颜色获取单元401，用于获取大气层中的采集点的初始颜色；颜色因子生成单元402，用于根据所述初始颜色的RGB值生成颜色因子；交点获取单元403，用于根据通过视点的第一切线获取所述第一切线与所述大气层形成的最远交点为第一交点，根据通过所述视点的第二切线获取所述第二切线与大气层的切点为第二交点，其中所述第一切线与地球相切，所述第二切线与大气层相切；颜色模拟因子生成单元404，用于根据所述视点、所述采集点、所述第一交点和所述第二交点生成颜色模拟因子；模拟颜色生成单元405，用于根据所述初始颜色、所述颜色因子和所述颜色模拟因子生成所述采集点的模拟颜色； 颜色填充单元406，用于将所述模拟颜色填充至所述采集点。所述颜色因子生成单元402，具体包括分量值获取子单元4021，用于获取所述初始颜色的所述RGB值的最大分量值和最小分量值；颜色因子计算子单元4022，用于根据所述最大分量值和所述最小分量值计算颜色因子。所述颜色模拟因子单元404，具体包括颜色影响因子生成子单元4041，用于根据连接所述视点与所述第一交点的线段、连接所述视点与所述第二交点的线段和连接所述视点与所述采集点的线段生成颜色影响因子；颜色模拟因子计算子单元4042，用于根据所述颜色影响因子计算颜色模拟因子。还包括，所述视点在所述大气层内时，所述视点作为第二交点。本发明实施例的技术方案带来的有益效果如下通过计算地理大气模型中大气层采集点的颜色模拟因子，生成模拟颜色，实现了高效率、实时模拟大气层颜色，并且具有较好的渲染效果。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以可借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是⑶-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种模拟大气层的方法，按预定规则建立地球大气层模型，其特征在于，包括以下步骤 获取大气层中的采集点的初始颜色； 根据所述初始颜色的RGB值生成颜色因子； 根据通过视点的第一切线获取所述第一切线与所述大气层形成的最远交点为第一交点，根据通过所述视点的第二切线获取所述第二切线与大气层的切点为第二交点，其中所述第一切线与地球相切，所述第二切线与大气层相切； 根据所述视点、所述采集点、所述第一交点和所述第二交点生成颜色模拟因子； 根据所述初始颜色、所述颜色因子和所述颜色模拟因子生成所述采集点的模拟颜色； 将所述模拟颜色填充至所述采集点。
2.如权利要求I所述一种模拟大气层的方法，其特征在于，所述根据所述初始颜色的RGB值生成颜色因子，具体包括 获取所述初始颜色的所述RGB值的最大分量值和最小分量值； 根据所述最大分量值和所述最小分量值计算颜色因子。
3.如权利要求I所述一种模拟大气层的方法，其特征在于，所述视点在所述大气层内时，所述视点作为第二交点。
4.如权利要求3所述一种模拟大气层的方法，其特征在于，所述根据所述视点、所述采集点、所述第一交点和所述第二交点生成颜色模拟因子，具体包括 根据连接所述视点与所述第一交点的线段、连接所述视点与所述第二交点的线段和连接所述视点与所述采集点的线段生成颜色影响因子； 根据所述颜色影响因子计算颜色模拟因子。
5.—种模拟大气层的系统,其特征在于,包括 初始颜色获取单元，用于获取大气层中的采集点的初始颜色； 颜色因子生成单元，用于根据所述初始颜色的RGB值生成颜色因子； 交点获取单元，用于根据通过视点的第一切线获取所述第一切线与所述大气层形成的最远交点为第一交点，根据通过所述视点的第二切线获取所述第二切线与大气层的切点为第二交点，其中所述第一切线与地球相切，所述第二切线与大气层相切； 颜色模拟因子生成单元，用于根据所述视点、所述采集点、所述第一交点和所述第二交点生成颜色模拟因子； 模拟颜色生成单元，用于根据所述初始颜色、所述颜色因子和所述颜色模拟因子生成所述采集点的模拟颜色； 颜色填充单元，用于将所述模拟颜色填充至所述采集点。
6.如权利要求4所述一种模拟大气层的系统，其特征在于，所述颜色因子生成单元，具体包括 分量值获取子单元，用于获取所述初始颜色的所述RGB值的最大分量值和最小分量值； 颜色因子计算子单元，用于根据所述最大分量值和所述最小分量值计算颜色因子。
7.如权利要求5所述一种模拟大气层的系统，其特征在于，所述视点在所述大气层内时，所述视点作为第二交点。
8.如权利要求7所述一种模拟大气层的系统，其特征在于，所述颜色模拟因子单元，具体包括 颜色影响因子生成子单元，用于根据连接所述视点与所述第一交点的线段、连接所述视点与所述第二交点的线段和连接所述视点与所述采集点的线段生成颜色影响因子；颜色模拟因子计算子单元，用于根据所述颜色影响因子计算颜色模拟因子。
全文摘要
本发明实施例公开了一种模拟大气层的方法和系统，所述方法包括以下步骤获取大气层中的采集点的初始颜色；根据所述初始颜色的RGB值生成颜色因子；获取第一交点和第二交点；根据所述视点、所述采集点、所述第一交点和所述第二交点生成颜色模拟因子；根据所述初始颜色、所述颜色因子和所述颜色模拟因子生成所述采集点的模拟颜色；将所述模拟颜色填充至所述采集点。本发明的实施例中，通过计算地理大气模型中大气层采集点的颜色模拟因子，生成模拟颜色，实现了高效率、实时模拟大气层颜色，并且具有较好的渲染效果。
文档编号G06T17/05GK102750735SQ20111024975
公开日2012年10月24日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者胡守刚 申请人:新奥特(北京)视频技术有限公司